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【盘点】2015年度十大前沿电池科技

2015-12-25 17:44
Minor昔年
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   在21世纪,科技就是生产力,科技决定了我们可以走多远。现如今,2016年的脚步已经近了,我们可以看到2015年的锂电行业蓝图上留下了许多清晰的科技“脚印”:锂空气电池、石墨烯电池、锂硫电池……事实上,实验室前沿技术对现实的憧憬从不曾减弱,只会愈发强烈。在这种热情的笼罩下,雾霾终将被驱散,我们的未来将更光明。在此之际,小编特此盘点出十大前沿电池科技(排名不分先后),供大家参考。

  NO.1 中科院石墨烯电池:充电7秒钟 续航35公里

  现如今,电动车续航成为人们最头痛的问题之一,就连业界巨头特斯拉的Roadster升级版跑车都仅能达到644公里的续驶里程,如果此时有人告诉你:“有这么一种电池,一次充电时间只需8分钟,可行驶1000公里。”相信很多人都会惊呆了,这种电池就是石墨烯电池,因为性能彪悍,所以被唤作“超级电池”,甚至被“妖魔化”。

  从2004年面世至今,石墨烯一直处在风口浪尖上,但其若真是突破了技术限制,被运用在电池上,那“颠覆”二字的确是担得起的。

  而在本月,中科院上海硅酸盐研究所发布消息称,已研制出一种高性能超级电容器电极材料--氮掺杂有序介孔石墨烯,该材料具有极佳的电化学储能特性,可用作电动车的“超强电池”,充电只需7秒钟,即可续航35公里,相关研究成果已于12月18日发表在世界顶级期刊《科学》上。

  据介绍,该新型石墨烯超级电容器体积轻巧、不易燃也不易爆,可采用低成本制备,实现规模生产。因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势,且在快速充放方面又远远优于锂电池,因此该“超级电池”可广泛应用于现有混合电动汽车、大功率输出设备的更新换代。

  超级电容器,是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置。由于具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点,但如何让超级电容器兼具高功率、高能量,科学家长久以来并没有找到理想材料。

  为破解这一难题,中科院上海硅酸盐所联合北京大学、美国宾夕法尼亚大学展开持续攻关。通过反复试验、设计、合成,黄富强研究团队发现,氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳。不仅能实现高能量密度、高功率密度,而且还可以通过使用水基电解液,做到无毒、环保、价格低廉、安全可靠。换句话说,其在快速充放电方面可将锂电池甩出几条街,完全可以替代掉原先的电动车电池组成为新的储能设备。

  但细思下来,该石墨烯电池号称充电7秒钟,续航35公里,即一秒钟可供行驶5公里。如果设定一般的家用电动轿车一度电跑10公里,那么1秒钟得充电0.5度,即充电功率要达到1800kW。这个看着有点瘆的慌,或许从实验室到工厂再到市场还有很远的路要走。

   NO.2 剑桥大学锂-空气电池:充电超2000次 能量密度提高10多倍

  多年来,锂-空气电池一直被业界誉为“终极电池”。锂-空气电池的理论能量密度能达到锂离子电池的十倍,它是迄今为止能量密度最大的储能器件,和汽油相当,甚至可用于电网储电。

  一块锂-空气电池可使汽车轻松行驶350英里以上,不需消耗汽油,并且相比于传统电池体积更小也更便宜。但是很难使得锂-空气电池的电池容量接近理论值,其氧化薄膜的关键问题也没有得到解决。

  但在10月29日,英国剑桥大学研究人员报告说,他们克服了困扰锂-空气电池的多个技术难题,把这项技术朝实用化方向推进了一大步。这项成果发表在美国国际顶级学术期刊《科学》杂志上。

  剑桥大学开发出的锂-空气电池模型蓄电能力约为3000Wh/kg,是现有锂离子电池的约8倍,可循环充放电上千次,首次循环充放电效率高达93%,即充入电池中93%的能量在放电时都能被使用。

  原来,在最新工作中,论文第一作者刘韬博士等人改用多层次的大孔石墨烯作为正极材料,利用水和碘化锂作为电解液添加剂,最终产生和分解的是氢氧化锂,而不是此前电池中的过氧化锂。氢氧化锂比过氧化锂要稳定,大大降低了电池中的副反应,提高了电池性能。其中碘化锂除了帮助分解氢氧化锂外,似乎还起到了保护锂金属负极的作用,使电池对于过量的水有一定的免疫性。没有它,同量的水会直接使电池失效,完全无法充放电。

  他们这一工作为加快锂-空气电池的发展提供了许多新思路,比如使用多层次大孔石墨烯电极和电解液添加剂来改变电池反应产物、减少电池副反应、提高蓄电能力等。但他也强调,他们只解决了锂-空气电池的部分难题,接下来将研究该电池的充放电速率以及锂金属负极的保护和安全隐患等问题。

  但剑桥大学研究人员在一份声明中承认,锂-空气电池的商品化还需要“至少10年”,但他们的研究表明,开发这类电池的一些重大障碍是能够克服的。

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